No description available.

Το σύμπλεγμα-Κ και η άτρακτος είναι από τα χαρακτηριστικότερα ηλεκτροεγκεφαλογραφικά στοιχεία του δευτέρου NREM σταδίου του ύπνου στον άνθρωπο. Η παρούσα μελέτη διεξήχθη με σκοπό να διερευνήσει πιθανές σχέσεις μεταξύ των φαινομένων αυτών που εμφανίζονται κατά το δεύτερο στάδιο του NREM ύπνου, με ταυτόχρονη φιλοδοξία να απαντήσει σε ερωτήματα σχετικά με τον λειτουργικό ρόλο αυτών. Δέκα υγιή υποκείμενα έλαβαν μέρος στην μελέτη, κατά την οποία ελήφθη το ολονύχτιο ηλεκτροεγκεφαλογράφημα του ύπνου τους. Τα φαινόμενα ενδιεφέροντος αναγνωρίστηκαν, επιλέχθησαν και σημειώθηκαν προκειμένου να υποβληθούν σε συμβαντο-σχετιζόμενη ανάλυση, η οποία ενισχύθηκε από την εφαρμογή ανάλυσης χρόνου-συχνοτήτων καθώς και διδιάστατης τοπογραφικής απεικόνισης στον χώρο των ηλεκτροδίων. Η παρούσα μελέτη οδήγησε στα παρακάτω ευρήματα σχετικά με τα κύρια ηλεκτροεγκεφαλογραφικά στοιχεία του δευτέρου NREM σταδίου του ανθρώπινου ύπνου. Ταχείες άτρακτοι στην πορεία των οποίων τυγχάνει να εμφανιστεί σύμπλεγμα-Κ διακόπτουν την ταλάντωσή τους. Άτρακτοι οι οποίες με μεγάλη πιθανότητα εμφανίζονται μετά την πάροδο του συμπλέγματος-Κ έχουν υψηλότερη συχνότητα ταλάντωσης τόσο από εκείνες που διεκόπησαν όσο και από τις σποραδικές, μη-συσχετισμένες με σύμπλεγμα-Κ, ατράκτους. Η εν λόγω αύξηση στην συχνότητα τείνει προς μια μέγιστη συχνότητα ταλάντωσης και δεν εξαρτάται από κάποιο από τα ηλεκτροεγκεφαλογραφικά καταγραφόμενα χαρακτηριστικά του συμπλέγματος-Κ. Αντίστοιχα, και η διακοπή της ταλάντωσης των ατράκτων πρό του συμπλέγματος-Κ δεν μπορεί με βεβαιότητα να αποδωθεί στο σύμπλεγμα-Κ. Εντός του συμπλέγματος-Κ εμφανίζεται με μεγάλη πιθανότητα ρυθμική δραστηριότητα στο άνω όριο της θήτα ζώνης συχνοτήτων. Η δραστηριότητα αυτή είναι ανεξάρτητη του συμπλέγματος-Κ, καθώς εμφανίζει κατά πλειονότητα προσθιο-οπίσθιο προφίλ διάδοσης όταν το αργό κύμα του συμπλέγματος-Κ έχει μετωπιαία εντόπιση. Ο υψηλός θήτα ρυθμός αυτός, όσο περισσότερες ταλαντώσεις επιτυγχάνει εντός του συμπλέγματος-Κ τόσο περισσότερο τείνει να εισέλθει συχνοτικά στην άλφα ζώνη συχνοτήτων, από την οποία κατά πλειονότητα επανέρχεται στα αρχικά συχνοτικά επίπεδα κατά την τελευταία ταλάντωση˙ μια φασματική επαναφορά προτύπου πέδησης, την οποία ελλείψει άλλων οπτικά αξιολογήσιμων στοιχείων αποδίδουμε στην ύστερη δράση του συμπλέγματος-Κ. Η μελέτη αυτή έδειξε: α) ότι το σύμπλεγμα-Κ και οι άτρακτοι αποτελούν υπναγωγικά στοιχεία του φλοιού και του θαλάμου αντίστοιχα, τα οποία αντικατοπτρίζουν ανεξάρτητες αλλά συνεργές διαδικασίες που σκοπό έχουν να διατηρήσουν την συνέχεια του ύπνου, και β) ότι οι αλληλεπιδράσεις του συμπλέγματος-Κ με τους περί αυτό ρυθμούς υποδεικνύουν την ύπαρξη μιας ακόμη πιο βραχύχρονης δυναμικής διεργασίας στην μικρο-αρχιτεκτονική του ύπνου. Παράλληλα η μελέτη οδήγησε στην ανάπτυξη ενός νέου εργαλείου ταυτόχρονης απεικόνισης της μακρο-αρχιτεκτονικής και της μικρο-αρχιτεκτονικής του ύπνου: του υπνοφασματογραφήματος, του διαγράμματος χρόνου-συχνοτήτων του ολονύχτιου ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος του ύπνου. / The K-complex and the sleep spindle are the most distinctive electroencephalographic features of the the second stage of NREM human sleep. This study was performed in order to investigate the potential relations between these phenomena that make their appearance in the second stage of NREM sleep, at the same time aiming in answering questions regarding their physiological role. Ten healthy individuals participated in this study, during which the whole-night sleep electroencephalogram was derived. The features of interest were identified, selected and marked in order to undergo event-related analysis, empowered by time-frequency analysis and 2-dimentional topography in electrode space. This study led to the following conclusions regarding the main electroencephalographic features of the second stage of NREM human sleep. Fast sleep spindles, during the course of which a K-complex happens to appear, interrupt their oscillation. The spindles that appear with high probability after the K-complex have higher frequency of oscillation from both the interrupted ones as well as form the sporadic, non-cprrelated to the K-complex, spindles. This increment in frequency tends towards a maximum oscillation frequency and is not dependent in any of the electroencephalographically recorded features of the K-complex. Respectively, the interruption of the oscillation of the pre-K-complex spindles cannot be credited to the K-complex with certainty. During the course of the K-complex a rhythmic activity of the upper theta band appears with high probability. This activity is independent from the K-complex as, in majority, it exhibits a antero-posterior profile of displacement when the slow wave of the K-complex has a frontal localization. This high-theta rhythm, the more oscillation peaks it achieves during the K-complex, the more it tends to enter the alpha band, from which, in majority, it returns to the initial frequency levels during the last oscillation; a spectral breaking profile that, in the absence of other visually evaluated elements, we credit to the late action of the K-complex. This study showed that: a) the K-complex and the sleep spindle are sleep-promoting elements of the cortex and the thalamus, respectively, that represent independent but cooperative processes that aim in preserving the continuity of sleep, and b) that the interactions of the K-complex with the rhythms around it reveal the existence of an even briefer dynamic process of the micro-architecture of sleep. At the same time, this study led to the development of a novel tool for concurrent visualization of the macro-architecture and the micro-architecture of sleep: the hypnospectrogram, the time-frequency plot of the whole-night sleep electroencephalogram.

Healthy ageing has been found to be accompanied by changes in slow wave activity (SWA) and cognitive function. Furthermore, these changes have been seen predominantly in the prefrontal cortex (PFC) compared to other regions of the cortex. Current theories of cognitive ageing propose that this occurs due to a specified deterioration of neuronal substrates of the PFC, and as such, changes in SWA and cognitive function may decline at similar rates due to similar underlying aetiology. The main aim of the current thesis was to explore age-related differences in electroencephalographic (EEG) SWA during the first NREM period and cognitive performance that relies on the integrity of the PFC: executive function and social cognition. The extent to which executive function (reliant on dorsolateral PFC areas) and social cognitive function (reliant on ventromedial PFC regions) show similar age-related deterioration was investigated in Study 1. Here, 16 young (22.2 years) and 16 older (71.5 years) adults were administered with a cognitive testing battery including executive function measures: Verbal Fluency (VF) and Tower of London (TOL); as well as measures of social cognition: Go/No-go, Emotional Prosody and Ekman 60 Faces. Not all measures of PFC function were affected to the same extent. The older group performed significantly worse on the TOL, but not on the VF test. Additionally, simple aspects of social cognition did not display differences between the groups, but the older group performed significantly worse than the young group on more complex aspects of recognition of emotion from facial expression (Ekman 60 Faces) and Emotional Prosody. As most studies of cognitive ageing are cross-sectional and show large agerelated changes, the remainder of this thesis focused on age-related changes using a longitudinal design over a relatively small ageing period (mean = 6.29 years). The average age of participants at baseline was 67.1 years and the average age at follow-up was 73.4 years. In Study 2, in a sample of 11 participants, performance on executive function tests was measured (TOL, VF and Wisconsin Card Sorting Test: WCST). As found in the cross-sectional analyses reported in Study 1, the TOL task was found to be the most sensitive indicator of age-related changes, as this showed a decline with age; whereas, VF and WCST remained stable over time. Furthermore, in Study 3, localised SWA was recorded via EEG, and significant declines were found in low frequency delta (0.5 – 1 Hz), which was localised to the left frontal region.

This master’s thesis deals with issues of the detection of K-complexes in EEG sleep signals. Record from an electroencephalograph is important for non-invasive diagnosis and research of brain activity. The scanned signal is used to examine sleep phases, disturbances, states of consciousness and the effects of various substances. This work follows the automatic detection of K-complexes, because the manual labeling of graphoelements is complicated. Two approaches were used –Stockwell transform and bandpass filtration followed by TKEO operator application. All algorithms were created in the MATLAB R2014a.

Το φαινόμενο του ύπνου αποτελεί ένα μυστήριο της ανθρώπινης ζωής. Η έρευνα του φαινομένου του ύπνου γίνεται κυρίως μέσω καταγραφών Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Η επεξεργασία και η ανάλυση του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος ύπνου με την χρήση υπολογιστικών αλγορίθμων έχει δώσει μεγάλη ώθηση στην διερεύνηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Κατά την διάρκεια του ύπνου παρουσιάζονται χαρακτηριστικοί ρυθμοί και κύματα όπως είναι οι άτρακτοι (spindles) και τα συμπλέγματα Κ (K-Complex). Η ακριβής σημασία και συμβολή των συγκεκριμένων ρυθμών δεν έχει πλήρως διερευνηθεί. Πιστεύεται όμως ότι έχουν σπουδαίο υπναγωγικό ρόλο και συμβάλλουν στις διαδικασίες σταθεροποίησης της μνήμης κατά τον ύπνο. Στην παρούσα εργασία γίνεται μια προσπάθεια εύρεσης της χρονικής συσχέτισης μεταξύ των εμφανιζόμενων ρυθμών και κυμάτων κατά την διάρκεια του ύπνου. Για την ανάπτυξη του προγράμματος χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο που έχει αναπτυχθεί και χρησιμοποιείται για επεξεργασία σήματος στο Εργαστήριο Νευροφυσιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών (Flying Circus). Το συγκεκριμένο πρόγραμμα επεκτάθηκε με τις κατάλληλες ρουτίνες έτσι ώστε να παράγονται γραφικές απεικονίσεις των χρονικών στιγμών εμφάνισης των ΗΕΓ χαρακτηριστικών εκ των οποίων να συνάγεται οπτικά αν υπάρχει συσχέτιση μεταξύ τους, το ψηφιδόπλεγμα (raster). Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει είτε την συσχέτιση των ρυθμών στον χρόνο (time raster) είτε την συσχέτιση των ρυθμών στο πεδίο των συχνοτήτων (spectrum raster). Στην εργασία παρουσιάζονται οι γραφικές απεικονίσεις και τα αποτελέσματα από την χρήση του προγράμματος σε καταγραφές ύπνου που έχουν γίνει στο Εργαστήριο Νευροφυσιολογίας. / Sleep is a mysterious phenomenon of human life. Electroencephalogram (EEG) is the main tool that researchers use to explore the physiology of sleep. Advanced analysis of sleep recordings enormously contributed to the research and understanding of brain activity. During sleep we observe some characteristic rhythms and waves such as spindles and K-Complexes. The exact meaning and role of these rhythms has not yet fully discovered. However, it is believed that they play a significant sleep promoting role and partake in cognitive processes of sleep. The present work attempts to find the temporal correlation between those rhythms and waves that appear during the second stage of non-REM sleep i.e. whether any changes in the rate of occurrence of spindles can predict or can be predicted by the occurrence of K-Complexes. A graphic interface tool was developed by adding new processing functions to the tool that is used at the Neurophysiology Unit of the University of Patras’ Medical School (Flying Circus). This program is a raster used to support the EEG studies with the appropriate routines in order to produce graphical representations of the time development of various EEG characteristics and to demonstrate visually any possible correlation between them. The new environment includes methods that can correlate the appearance of rhythms and waves in the time domain or in the frequency spectrum domain using the raster graphical representation. The result of these methods is either a time raster or a spectrum raster depending on the user choices. In this paper we present the results of using these methods in real sleep recordings that have been conducted in the Neurophysiology Unit.